(57)【要約】  所望の出射形状のレーザ光を出力することができるファイバレーザ装置を実現可能なレーザ光出射用素子、及び、その製造方法、及び、それを用いたファイバレーザ装置を提供する。  レーザ光出射用素子は、入力端１５１及び出力端１５２が形成されたガラスロッド１００を含み、ガラスロッド１００は、中心軸に沿って形成されるコア１１０と、コア１１０を被覆するクラッド１２０とを有し、入力端１５１側におけるコア１１０の屈折率は、クラッド１２０の屈折率よりも高く、出力端１５２側においてコア１１０の屈折率からクラッド１２０の屈折率を引いた値は、入力端１５１側においてコア１１０の屈折率からクラッド１２０の屈折率を引いた値よりも小さいことを特徴とする。
2011048999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端及び出力端が形成されたガラスロッドを含むレーザ光出射用素子であって、
前記ガラスロッドは、中心軸に沿って形成されるコアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、
前記入力端側における前記コアの屈折率は、前記クラッドの屈折率よりも高く、
前記出力端側において前記コアの屈折率から前記クラッドの屈折率を引いた値は、前記入力端側において前記コアの屈折率から前記クラッドの屈折率を引いた値よりも小さい
ことを特徴とするレーザ光出射用素子。
【請求項２】
前記出力端側における前記コアの屈折率は、前記クラッドの屈折率以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光出射用素子。
【請求項３】
前記コアの屈折率が、前記入力端側から前記出力端側に向って前記クラッドの屈折率に対して徐々に小さくなる領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光出射用素子。
【請求項４】
前記コアの屈折率が徐々に小さくなる領域の長さは、入力されるレーザ光の波長よりも長いことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光出射用素子。
【請求項５】
コアを有し、レーザ光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバの前記コアよりも直径が大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ光出射用素子と、
を備え、
前記光ファイバの前記コアと前記レーザ光出射用素子の前記コアとが重なるように、前記光ファイバの前記レーザ光の出力端と前記レーザ光出射用素子の前記入力端とが融着されている
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項６】
入力端及び出力端と、コアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、前記コアには、紫外線が照射されると前記クラッドよりも屈折率が高くなるドーパントが添加されているガラスロッドを準備する準備工程と、
前記出力端側よりも前記入力端側に紫外線を多く照射し、少なくとも前記ガラスロッドの前記入力端側において、前記コアの屈折率を前記クラッドの屈折率よりも高くする紫外線照射工程と、
を備えることを特徴とするレーザ出力用素子の製造方法。
【請求項７】
前記準備工程において準備する前記ガラスロッドは、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率以下であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ出力用素子の製造方法。
【請求項８】
前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記出力端側における前記コアの屈折率が、前記クラッドの屈折率より高くならないように紫外線を照射することを特徴とすることを特徴とする請求項７に記載のレーザ出力用素子の製造方法。
【請求項９】
前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記出力端側には紫外線を照射しないことを特徴とする請求項８に記載のレーザ出力用素子の製造方法。
【請求項１０】
入力端及び出力端と、コアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より高く、前記クラッドには、紫外線が照射されると前記コアよりも屈折率が高くなるドーパントが添加されているガラスロッドを準備する準備工程と、
前記入力端側における前記コアの屈折率が、前記クラッドの屈折率よりも高いままとなる範囲で、前記入力端側よりも前記出力端側に紫外線を多く照射する紫外線照射工程と、
を備えることを特徴とするレーザ出力用素子の製造方法。
【請求項１１】
前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記出力端側における前記クラッドの屈折率が、前記コアの屈折率以上になるまで紫外線を照射することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ出力用素子の製造方法。
【請求項１２】
前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記入力端側には紫外線を照射しないことを特徴とする請求項１０または１１に記載のレーザ出力用素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ用出力端素子、及び、その製造方法、及び、それを用いたファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置の一つとして、ファイバレーザ装置が知られている。ファイバレーザ装置は、希土類元素が添加された増幅用光ファイバを備え、この増幅用光ファイバによりレーザ光が増幅されて、増幅されたレーザ光が増幅用光ファイバの端部から出力される。【０００３】
このようなファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバの端部においてレーザ光のパワー密度が高いため、増幅用光ファイバの端部に損傷が生じる場合がある。この損傷を防ぐために、出力端においてレーザ光のパワー密度を下げて出力するファイバレーザ装置が知られている。下記特許文献１には、このようなファイバレーザ装置が記載されている。特許文献１に記載のファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバの端面に増幅用光ファイバのコアよりも直径の太いガラスロッドの一方の端面が融着されている。そして、増幅用光ファイバで増幅されたレーザ光は、増幅用光ファイバからガラスロッドに入力される。ガラスロッドに入力されたレーザ光は、ガラスロッドにおいて、光ファイバが有する開口数に応じて直径が広げられた後、ガラスロッドの他方の端面から出力される。このように、レーザ光の直径が広げられることで、ガラスロッドの出力端におけるレーザ光のパワー密度が下げられる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，１９０，５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、増幅用光ファイバの端面にガラスロッドの端面が融着されている。しかし、増幅用光ファイバのガラスロッドが融着される端面は、増幅用光ファイバの軸に沿った方向に対して垂直な方向に形成されない場合がある。このような増幅用光ファイバに対してガラスロッドを融着すると、ガラスロッドの軸方向と増幅用光ファイバの軸方向とが直線上に並んだ状態で、ガラスロッドと増幅用光ファイバとが融着されづらい。従って、増幅用光ファイバの軸方向に対してガラスロッドの軸方向が斜めの状態で、増幅用光ファイバとガラスロッドとが融着されることがある。このように増幅用光ファイバの軸方向に対してガラスロッドの軸方向が斜めであると、増幅用光ファイバからガラスロッドに入力されるレーザ光は、ガラスロッド内においてガラスロッドの軸に沿った方向に進まない。従って、レーザ光の直径が十分に広がる前にレーザ光の一部がガラスロッドの側面に到達して、レーザ光の一部がガラスロッドの側面で乱反射してしまうことがある。こうして所望の出射形状のレーザ光を得ることができない場合があるという問題がある。【０００６】
そこで、本発明は、所望の出射形状のレーザ光を出力することができるファイバレーザ装置を実現可能なレーザ光出射用素子、及び、その製造方法、及び、それを用いたファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のレーザ光出射用素子は、入力端及び出力端が形成されたガラスロッドを含むレーザ光出射用素子であって、前記ガラスロッドは、中心軸に沿って形成されるコアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、前記入力端側における前記コアの屈折率は、前記クラッドの屈折率よりも高く、前記出力端側において前記コアの屈折率から前記クラッドの屈折率を引いた値は、前記入力端側において前記コアの屈折率から前記クラッドの屈折率を引いた値よりも小さいことを特徴とするものである。【０００８】
このようなレーザ光出射用素子によれば、入力端側のコアの屈折率がクラッドよりも高いため、入力端からコアにレーザ光が入力されると、レーザ光はコアを伝播する。このコアはガラスロッドの中心軸に沿って形成されるため、レーザ光はガラスロッドの中心軸に沿って伝播する。このように、コアが中心軸に沿って形成されることで、ガラスロッドに対して斜めからレーザ光が入力される場合においても、殆どのレーザ光はガラスロッドの中心軸に沿って伝播する。そして、出力端側においてコアの屈折率からクラッドの屈折率を引いた値は、入力端側においてコアの屈折率からクラッドの屈折率を引いた値よりも小さくされているため、出力端側においては、コアに光を閉じ込める力が入力端側よりも弱い。従って、レーザ光の内、開口数（ＮＡ）が比較的大きな成分は、入力端側においてコアを伝播するが、出力端側においてコアからクラッドに伝播して、レーザ光のビーム径が大きくなる。このときレーザ光は、ガラスロッドの中心軸に沿って伝播しているため、レーザ光の直径が広がっても、レーザ光がガラスロッドの中心軸に対して斜めに進む場合と比べて、レーザ光の一部がガラスロッドの側面で反射することが抑制される。従って、このようなレーザ出射用素子を用いることにより、所望の出射形状のレーザ光を出射することができるファイバレーザ装置を実現することが可能となる。【０００９】
また、上記レーザ光出射用素子において、前記出力端側における前記コアの屈折率は、前記クラッドの屈折率以下であることが好ましい。【００１０】
このようなレーザ光出射用素子においては、出力端側においては、導波構造が形成されておらず自由伝播領域となるので、レーザ光におけるＮＡの比較的小さな成分のビーム径も大きくなる。従って、出力端において、レーザ光のパワー密度をより均一にすることができる。【００１１】
また、上記レーザ光出射用素子において、前記コアの屈折率が、前記入力端側から前記出力端側に向って前記クラッドの屈折率に対して徐々に小さくなる領域を有することが好適である。【００１２】
このようなレーザ光出射用素子によれば、増幅用光ファイバとガラスロッドの間で起こるレーザ光のフレネル反射を抑圧することが可能となり、増幅用光ファイバの利得が高いレーザ構造の場合であっても、予期せぬ発振を防ぐことが可能となる。【００１３】
但し、光のフレネル反射は自身の光の波長より急峻な屈折率の変化に対して起こり易いことが知られているため、前記屈折率が徐々に小さくなる領域の長さは、入力されるレーザ光の波長より長いことが好ましい。【００１４】
また、本発明のファイバレーザ装置は、コアを有し、レーザ光を出力する光ファイバと、前記光ファイバの前記コアよりも直径が大きい上記のレーザ光出射用素子と、を備え、前記光ファイバの前記コアと前記レーザ光出射用素子の前記コアとが重なるように、前記光ファイバの前記レーザ光の出力端と前記レーザ光出射用素子の前記入力端とが融着されていることを特徴とするものである。【００１５】
このようなファイバレーザ装置によれば、光ファイバの中心軸とレーザ出力用素子のガラスロッドの中心軸との角度がずれている状態で、光ファイバの出力端とガラスロッドの入力端とが融着される場合においても、光ファイバのコアから出力されるレーザ光は、ガラスロッドの中心軸に沿って伝播される。そしてガラスロッドの出力端側において、中心軸に沿ってレーザ光の直径が広がるため、出力端におけるレーザ光のパワー密度を小さくでき、所望の出射形状のレーザ光を出力することができる。【００１６】
また、本発明のレーザ光出力用素子の製造方法は、入力端及び出力端と、コアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、前記コアには、紫外線が照射されると前記クラッドよりも屈折率が高くなるドーパントが添加されているガラスロッドを準備する準備工程と、前記出力端側よりも前記入力端側に紫外線を多く照射し、少なくとも前記ガラスロッドの前記入力端側において、前記コアの屈折率を前記クラッドの屈折率よりも高くする紫外線照射工程と、を備えることを特徴とするものである。【００１７】
このようなレーザ光出力素子の製造方法によれば、紫外線を照射するとコアの方がクラッドよりも屈折率が高くなるガラスロッドに対して、紫外線を照射することで、少なくとも入力端側のコアの屈折率をクラッドの屈折率よりも高くして、少なくとも入力端側に光の導波構造を形成する。そして、この紫外線を出力端側よりも入力端側に多く照射することにより、出力端側においてコアの屈折率からクラッドの屈折率を引いた値を、入力端側においてコアの屈折率からクラッドの屈折率を引いた値よりも小さくすることができる。すなわち、出力端側において、コアに光を閉じ込める力を入力端側よりも弱くすることができる。こうして、ガラスロッドの長さ方向でドーパントの濃度を変化させる必要がなく、容易にガラスロッドの長さ方向に屈折率変動を有する上述のレーザ光出力素子を製造することができる。【００１８】
また、上記レーザ光出力素子の製造方法における前記準備工程において準備する前記ガラスロッドは、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率以下であることが好ましい。【００１９】
このようなレーザ光出力素子の製造方法によれば、紫外線照射工程において、紫外線の照射の量を入力端側及び出力端側で、コントロールすることにより、入力端側及び出力端側におけるコアの屈折率からクラッドの屈折率を引いた値をより自由にコントロールすることができる。【００２０】
さらに、このレーザ光出力素子の製造方法における前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記出力端側における前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より高くならないように紫外線を照射することが好ましい。【００２１】
このように紫外線を照射することにより、出力端側において導波構造が形成されておらず自由伝播領域となるレーザ光出力素子を製造することができる。【００２２】
さらに、このレーザ光出力素子の製造方法における前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記出力端側には紫外線を照射しないことが好ましい。【００２３】
このように出力端側に紫外線を照射しない、すなわち、出力端側に紫外線をゼロ時間照射することにより、紫外線照射工程を簡易にすることができ、出力端側において導波構造を有しないレーザ光出力素子を安価に製造することができる。【００２４】
或いは、本発明のレーザ光出力用素子の製造方法は、入力端及び出力端と、コアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より高く、前記クラッドには、紫外線が照射されると前記コアよりも屈折率が高くなるドーパントが添加されているガラスロッドを準備する準備工程と、前記入力端側における前記コアの屈折率が、前記クラッドの屈折率よりも高いままとなる範囲で、前記入力端側よりも前記出力端側に紫外線を多く照射する紫外線照射工程と、を備えることを特徴とするものである。【００２５】
このようなレーザ光出力素子の製造方法によれば、コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より高いガラスロッド、すなわち、導波構造を有するガラスロッドを準備し、入力端側よりも出力端側に紫外線を多く照射することで、出力端側の導波構造を弱くする。従って、ガラスロッドの長さ方向でドーパントの濃度を変化させる必要がなく、容易にガラスロッドの長さ方向に屈折率変動を有する上述のレーザ光出力素子を得ることができる。【００２６】
さらに、このレーザ光出力素子の製造方法における前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記出力端側における前記クラッドの屈折率が、前記コアの屈折率以上になるまで紫外線を照射することが好ましい。【００２７】
このように紫外線を照射することにより、出力端側において導波構造が形成されておらず自由伝播領域となるレーザ光出力素子を製造することができる。【００２８】
また、上記レーザ光出力素子の製造方法における前記紫外線照射工程において、前記ガラスロッドの前記入力端側には紫外線を照射しないことが好ましい。【００２９】
このように入力端側に紫外線を照射しないことにより、紫外線照射工程を簡易にすることができ、入力端側に導波構造が形成れているレーザ光出力素子を安価に製造することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上の様に、本発明によれば、所望の出射形状のレーザ光を出力することができるファイバレーザ装置を実現可能なレーザ光出射用素子、及び、その製造方法、及び、それを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す図である。
【図３】図１に示すガラスロッドの拡大図である。
【図４】第１の製造方法における紫外線照射工程の様子を模式的に示す図である。
【図５】第１の製造方法に用いるガラスロッドに紫外線を照射する時間と、コア及びクラッドの屈折率上昇を示すプロファイルを示す図である。
【図６】第２の製造方法における紫外線照射工程の様子を模式的に示す図である。
【図７】第２の製造方法に用いるガラスロッドに紫外線を照射する時間と、コア及びクラッドの屈折率上昇を示すプロファイルを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るレーザ光出射用素子としてのガラスロッドを示す図である。
【図９】実施例１のビーム形状の写真である。
【図１０】比較例１のビーム形状の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００３４】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種レーザ光を出力する種レーザ光源１０と励起光を出力する励起光源２０と、種レーザ光を増幅する増幅用光ファイバ３０と、種レーザ光及び励起光を増幅用光ファイバ３０に入力する光コンバイナ４０と、増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光が入力するレーザ光出射用素子としてのガラスロッド１００とを主な構成要素として備える。
【００３５】
種レーザ光源１０は、ファブリペロー型やファイバーリング型のファイバレーザ装置から構成されており、種レーザ光を出力する。種レーザ光は、パルス光や連続光であり、例えば、波長が１０６４ｎｍである。種レーザ光源１０から出力される種レーザ光は、コアと、コアを被覆するクラッドとから構成されるシングルモードファイバ１５により伝播される。
【００３６】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード（ＬＤ）から構成されている。励起光源２０からは、例えば、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光が上述のように１０６４ｎｍである場合、波長が９７６ｎｍの励起光を出力する。励起光源から出力される励起光は、コアと、コアを被覆する樹脂クラッドとから構成される励起光をマルチモード光として伝播するマルチモードファイバ２５により伝播される。
【００３７】
図２は、図１に示す増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す断面図である。増幅用光ファイバ３０は、種レーザ光及び励起光が入力する入力端と、種レーザ光が増幅されてレーザ光として出力される出力端とを有し、入力端から入力される種レーザ光を増幅して、種レーザ光と同じ波長帯域のレーザ光を出力端から出力する。この増幅用光ファイバ３０は、図３に示すように、コア３１と、コア３１を被覆するクラッド３２と、クラッド３２を被覆する樹脂クラッド３３とから構成とされる。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３３の屈折率はクラッド３２の屈折率よりも大幅に低くされる。また、コア３１の直径は、例えば３０μｍとされ、クラッドの外径は、例えば４００μｍとされ、樹脂クラッドの外径は、例えば４５０μｍとされる。また、コア３１を構成する材料としては、例えば、石英の屈折率を上昇させる酸化ゲルマニウム等の元素と、励起光源２０から出力される励起光により励起状態とされるエルビウム等の希土類元素が添加された石英が挙げられ、クラッド３２を構成する材料としては、例えば、特にドーパントが添加されていない石英が挙げられ、樹脂クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。
【００３８】
光コンバイナ４０は、種レーザ光源１０と接続されるシングルモードファイバ１５及び励起光源２０と接続されるマルチモードファイバ２５と、増幅用光ファイバ３０の入力端とが融着されることにより構成される。具体的には、シングルモードファイバ１５のコアの中心軸と、増幅用光ファイバ３０のコア３１の中心軸とが、長手方向に並ぶように位置が合わされて、増幅用光ファイバ３０の入力端とシングルモードファイバ１５の端部とが端面接続されている。さらに、マルチモードファイバ２５のコアと増幅用光ファイバ３０のクラッド３２とが長手方向に並ぶように位置が合わされて、増幅用光ファイバ３０の入力端とマルチモードファイバ２５の端部とが端面接続されている。なお、マルチモードファイバ２５が複数である場合には、シングルモードファイバ１５は、複数のマルチモードファイバ２５により側面が囲まれるようにして、増幅用光ファイバ３０と接続される。そして、光コンバイナ４０においては、種レーザ光源１０からの種レーザ光、及び、励起光源２０からの励起光が、入力端から増幅用光ファイバ３０に入力する。
【００３９】
また、増幅用光ファイバ３０の出力端は、ガラスロッド１００と融着されている。
【００４０】
図３は、図１に示すガラスロッド１００の拡大図である。ガラスロッド１００は、入力端１５１及び出力端１５２を有する円柱状の形状をしている。ガラスロッド１００は、コア１１０と、コア１１０を被覆するクラッド１２０とから構成され、コア１１０は、ガラスロッド１００の中心軸に沿って形成されている。なお、ガラスロッド１００は、長手方向において一体とされており接合部を有していない。
【００４１】
また、ガラスロッド１００の直径は、増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径よりも大きくされ、本実施形態においては、ガラスロッド１００は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の直径よりも大きい直径とされている。ガラスロッド１００は、例えば、上述のように増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径が３０μｍであり、クラッド３２の直径が４００μｍである場合、直径が４００μｍ以上とされ、長さは、例えば、伝播モードの開口数が０.１であり、前期クラッド径が４００μｍの場合、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。また、コア１１０の直径は増幅用光ファイバ３０のコアの直径と等しいことがレーザ光を伝播する観点から好ましい。
【００４２】
ガラスロッド１００の入力端１５１から所定の長さＬ１の領域１０１におけるコア１１０の屈折率ｎ１１は、領域１０１におけるクラッド１２０の屈折率ｎ２１よりも高くされている。そして、コア１１０の屈折率ｎ１１及びクラッド１２０の屈折率ｎ２１は、共に一定とされている。この領域１０１の長さＬ１は、仮に増幅用光ファイバ３０の伝播モードのＮＡが０．１であり、コア１１０の直径が３０μｍである場合、０．３ｍｍ以上あることが、レーザ光の角度補正の観点から好ましい。
【００４３】
また、領域１０１と出力端１５２側で隣り合う長さＬ２の領域１０２においては、入力端１５１側から出力端１５２側に向って、コア１１０の屈折率ｎ１２がクラッド１２０の屈折率ｎ２２に対して徐々に小さくなっている。つまり、コア１１０の屈折率ｎ１２からクラッド１２０の屈折率ｎ２２を引いた値が、入力端１５１側から出力端１５２側に向かって徐々に小さくなっている。この領域１０２の長さＬ２は、ガラスロッド１００に入力されるレーザ光の波長よりも長いことが好ましく、さらにこのレーザ光の波長の倍以上であることが、レーザ光のフレネル反射光抑圧の観点から好ましい。本実施形態においては、領域１０２におけるコア１１０の屈折率ｎ１２は、領域１０２の最も入力端１５１側においてコア１１０の屈折率ｎ１１と等しい構成とされ、クラッド１２０の屈折率ｎ２２に対して高い屈折率とされている。そして、領域１０２において出力端１５２側に向うに従って、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差が徐々に小さくなり、領域１０２の最も出力端１５２側においては、コア１１０の屈折率ｎ１２とクラッド１２０の屈折率ｎ２２とが同等の屈折率とされている。
【００４４】
また、領域１０２と隣り合い出力端１５２まで延びる領域１０３においては、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差がなく、互いに等しい屈折率とされている。従って、ガラスロッド１００は、出力端１５２側においてコア１１０の屈折率ｎ１２からクラッド１２０の屈折率ｎ２２を引いた値が、入力端１５１側においてコア１１０の屈折率ｎ１２からクラッド１２０の屈折率ｎ２２を引いた値よりも小さくされている。この領域１０３の長さＬ３は、下限は領域１０１のＮＡと出射端で許容されるパワー密度、上限は領域１０１のＮＡとガラスロッド１００の外径によって決定される。
【００４５】
例えば上述のようにレーザ光の波長が１０６４ｎｍで、ＮＡが０．１である場合、例えば、このガラスロッド１００の領域１０１の長さＬ１は０．３ｍｍ以上とされ、領域１０２の長さＬ２は２μｍ以上とされ、領域１０３は、例えば１.５ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。また、ガラスロッド１００に用いられる材料としては、例えば、コア１１０の材料として酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された石英が挙げられ、クラッド１２０の材料として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が添加された石英が挙げられる。
【００４６】
このようなガラスロッド１００の入力端１５１には、増幅用光ファイバ３０の出力端３５が融着されている。具体的には、増幅用光ファイバ３０のコア３１とガラスロッドのコア１１０とがガラスロッド１００の長手方向に重なるようにされて、増幅用光ファイバ３０の出力端３５がガラスロッドの入力端１５１に融着されている。
【００４７】
次に、ファイバレーザ装置１のレーザ光の出力について説明する。
【００４８】
まず、種レーザ光源１０から種レーザ光が出力されると共に励起光源２０から励起光が出力される。種レーザ光源１０から出力される種レーザ光は、シングルモードファイバ１５をシングルモード光として伝播し、励起光源２０から出力される励起光は、マルチモードファイバ２５をマルチモード光として伝播する。そして、種レーザ光及び励起光は、光コンバイナ４０において増幅用光ファイバ３０に入力する。増幅用光ファイバ３０に入力した種レーザ光は、増幅用光ファイバ３０のコア３１をシングルモード光として伝播し、励起光は、増幅用光ファイバ３０のコア３１とクラッド３２とをマルチモード光として伝播する。そして、励起光がコア３１を通過すると、励起光の一部は、コア３１に添加される希土類元素に吸収されて、希土類元素は励起状態とされる。そして、励起状態とされた希土類元素は、種レーザ光による誘導放出を起こして種レーザ光の強度を増幅する。こうして、増幅された種レーザ光は、レーザ光として増幅用光ファイバ３０の出力端３５から出力される。
【００４９】
増幅用光ファイバ３０の出力端３５から出力されたレーザ光は、ガラスロッド１００のコア１１０に入力する。このとき、増幅用光ファイバ３０の出力端３５が、増幅用光ファイバ３０の中心軸に対して垂直となっておらず、ガラスロッド１００の中心軸と増幅用光ファイバ３０の中心軸とが斜めの状態で、増幅用光ファイバ３０とガラスロッド１００とが融着されている場合においても、出力端３５から出力されるレーザ光は、ガラスロッド１００のコア１１０を伝播する。
【００５０】
コア１１０を伝播するレーザ光は、領域１０１においてコア１１０を伝播する。そして、領域１０２においては、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差が徐々に小さくなるため、コア１１０を伝播するレーザ光は、領域１０２を伝播するにしたがって、ＮＡの大きな成分から順に、徐々にクラッド１２０に広がり始める。そして、領域１０３においては、コア１１０とクラッド１２０との屈折率が等しいため、レーザ光のＮＡに従ってレーザ光のビーム径が大きくなる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、領域１０２の長さＬ２がレーザ光の波長よりも長く形成されており、領域１０２のコア領域の屈折率が領域１０２のクラッド領域の屈折率に対して徐々に小さくなる領域を有しているため、領域１０２で起こり得る増幅用光ファイバ３０へのフルネル反射を低減できる。
【００５２】
こうしてガラスロッド１００において直径が広げられたレーザ光は、ガラスロッド１００の出力端１５２から出力される。
【００５３】
本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、増幅用光ファイバ３０の出力端３５と融着されるレーザ光出射用素子としてのガラスロッド１００は、ガラスロッド１００の入力端１５１側のコア１１０の屈折率がクラッド１２０よりも高いため、入力端１５１からコア１１０にレーザ光が入力されると、レーザ光はコア１１０を伝播する。このコア１１０はガラスロッド１００の中心軸に沿って形成されるため、レーザ光はガラスロッド１００の中心軸に沿って伝播する。このように、コア１１０が中心軸に沿って形成されることで、ガラスロッド１００に対して斜めからレーザ光が入力される場合においても、レーザ光はガラスロッド１００の中心軸に沿って伝播する。従って、増幅用光ファイバ３０の中心軸とガラスロッド１００の中心軸とが斜めの状態で、増幅用光ファイバ３０の出力端３５とガラスロッド１００の入力端１５１とが融着される場合においても、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力されるレーザ光は、ガラスロッド１００の中心軸に沿って伝播される。そして、出力端１５２側においてコア１１０の屈折率ｎ１２からクラッド１２０の屈折率ｎ２２を引いた値は、入力端１５１側においてコア１１０の屈折率ｎ１２からクラッド１２０の屈折率ｎ２２を引いた値よりも小さくされているため、出力端１５２側においては、コア１１０に光を閉じ込める力が入力端１５１側よりも弱い。従って、レーザ光の内、ＮＡが比較的大きな成分は、入力端１５１側においてコアを伝播するが、出力端１５２側においてコア１１０からクラッド１２０に伝播して、レーザ光のビーム径が大きくなる。このときレーザ光は、ガラスロッド１００の中心軸に沿って伝播しているため、レーザ光の直径が広がっても、レーザ光がガラスロッド１００の中心軸に対して斜めに進む場合と比べて、レーザ光の一部がガラスロッド１００の側面で反射することが抑制される。このため、ファイバレーザ装置１は、所望の出射形状のレーザ光を出射することができる。
【００５４】
特に、本実施形態においては、出力端１５２側の領域１０３において、コア１１０とクラッド１２０との屈折率が、互いに等しくされている。従って、出力端１５２側の領域１０３においては、導波構造が形成されておらず自由伝播領域となるので、レーザ光におけるＮＡの比較的小さな成分のビーム径も大きくなる。従って、出力端１５２において、出力するレーザ光のパワー密度をより均一にすることができる。
【００５５】
次にガラスロッド１００の製造方法について説明する。
【００５６】
＜第１の製造方法＞
まず、ガラスロッド１００の第１の製造方法について説明する。
【００５７】
まず、入力端１５１及び出力端１５２と、コア１１０と、中心軸上にコア１１０が位置するようにコア１１０を被覆するクラッド１２０とを有するガラスロッドを準備する（準備工程）。
【００５８】
このガラスロッドは、紫外線が照射されない状態でコア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率とが同等になるよう調整されており、コア１１０には、紫外線を照射するとクラッド１２０屈折率がよりも高くなるドーパントが添加されている。このようなコア１１０とクラッド１２０の材料としては、特に制限されないが、例えば表１に示すドーパントが添加される石英が挙げられる。
【表１】
2011048999.tif 000003
【００５９】
表１のＡ欄は、コア１１０の材料として酸化ゲルマニウムが添加された石英が用いられ、クラッド１２０の材料としてアルミナ、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）のうち１種類のドーパントが添加、あるいは、２種類以上のドーパントが共添加された石英が用いられることを示す。酸化ゲルマニウムは、紫外線が照射されるとコア１１０の屈折率を上昇させるドーパントである。また、アルミナ、五酸化二リン、酸化チタンは、紫外線が照射されない状態でクラッドの屈折率を上昇させコア１１０の屈折率とクラッドの屈折率とが同等となるよう調整可能なドーパントである。そして、アルミナ、五酸化二リン、酸化チタン等のドーパントは、紫外線が照射されるとクラッド１２０の屈折率を上昇させるが、酸化ゲルマニウムが添加されたコア１１０に比べて屈折率の上昇が非常に小さい。従って、このような材料によれば、紫外線が照射されない状態でコア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率とが同等とされ、ガラスロッドに紫外線を照射するとコア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなる。なお、Ａ欄のカッコ内に示されるようにコア１１０には、紫外線が照射されない状態において、コア１１０の屈折率をクラッド１２０の屈折率と同等になるよう調整する目的で、屈折率を下げるフッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）等のドーパントが酸化ゲルマニウムと共に添加されても良い。
【００６０】
表１のＢ欄は、コア１１０の材料として五酸化二リンが添加された石英が用いられ、クラッド１２０の材料としてアルミナ、酸化チタンの一方が添加、あるいは、両方が共添加された石英が用いられることを示す。五酸化二リンが添加される石英は、紫外線が照射されると、アルミナや酸化チタンが添加される石英よりも屈折率が高くなる。そして、紫外線が照射されない状態で、アルミナ、酸化チタンにより、クラッド１２０の屈折率とコア１１０の屈折率とが同等となるよう調整される。なお、Ｂ欄のカッコ内に示されるようにコア１１０には、紫外線が照射されない状態において、コア１１０の屈折率をクラッド１２０の屈折率と同等になるよう調整する目的で、屈折率を下げるフッ素、ホウ素等のドーパントが五酸化二リンと共に添加されても良い。
【００６１】
また、表１のＣ欄は、コア１１０に用いる材料が、酸化ゲルマニウム、五酸化二リン、酸化アルミニウム、酸化チタンの内、１種類あるいは２種類以上のドーパントと、フッ素やホウ素等の屈折率を下げるドーパントが共添加される石英が用いられ、クラッド１２０に用いる材料が、ドーパントが添加されない石英であることを示す。この場合、紫外線が照射されない状態では、コア１１０の屈折率は、酸化ゲルマニウム等による屈折率の上昇の作用とフッ素やホウ素等の屈折率を下げる作用により、石英と同等の屈折率なるように調整される。そして、紫外線が照射されると酸化ゲルマニウム等の作用により、コア１１０の屈折率が上昇する。
【００６２】
次に準備したガラスロッドの長さ方向における入力端１５１側に紫外線を照射する（紫外線照射工程）。
【００６３】
図４は、第１の製造方法における紫外線照射工程の様子を模式的に示す図である。図４に示すように、紫外線ＵＶは、マスク２により照射領域が制限されてガラスロッドの一部に照射される。このマスク２は、ガラスロッドの入力端１５１側から出力端１５２に向って、ガラスロッドに対して相対的に移動する。従って、紫外線ＵＶは、ガラスロッドの入力端１５１側から出力端１５２に移動しながら照射される。
【００６４】
図５は、第１の製造方法に用いるガラスロッドに紫外線を照射する時間と、コア１１０及びクラッド１２０の屈折率上昇を示すプロファイルを示す図である。上述のようにコア１１０には、紫外線を照射するとコア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなるドーパントが添加されているため、紫外線を照射する前においては、コア１１０とクラッド１２０の屈折率が同じであっても、紫外線を照射するにしたがい、コア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなる。なお、図５に示すプロファイルに用いたガラスロッドにおいては、コア１１０は、酸化ゲルマニウムが添加された石英が用いられており、クラッド１２０は、アルミナが添加された石英が用いられている。
【００６５】
紫外線照射工程においては、まず、領域１０１に紫外線ＵＶが照射される。領域１０１においては、マスク２が一定の速度でガラスロッドに対して相対的に移動して、領域１０１におけるガラスロッドの全ての個所に対して図５に示す時間ｔ１だけ紫外線が照射される。こうして領域１０１に対する紫外線ＵＶの照射後においては、図５に示すように領域１０１のコア１１０の屈折率ｎ１１は、領域１０１のクラッド１２０の屈折率ｎ２１よりも高くされる。
【００６６】
次に領域１０２においては、入力端１５１側ではマスク２のガラスロッドに対する相対的な速度が領域１０１における速度と同じ速度とされ、出力端１５２側に向うにしたがい、マスク２のガラスロッドに対する速度が速くされる。このようにして領域１０２においては、図５に示すように入力端１５１側では、紫外線ＵＶが領域１０１とほぼ同等の時間照射され、出力端１５２側に向うにしたがい紫外線ＵＶの照射時間が短くされて、出力端１５２側では、紫外線ＵＶが殆ど照射されない。このようにして領域１０２においては、出力端１５２側よりも入力端１５１側に紫外線が多く照射され、入力端１５１側から出力端１５２側に向って、コア１１０の屈折率ｎ１２がクラッド１２０の屈折率ｎ２２に対して徐々に小さくされる。
【００６７】
また、領域１０３には、紫外線ＵＶが照射されない。つまり、紫外線ＵＶは、ゼロ時間照射される。従って、領域１０３においては、コア１１０の屈折率ｎ１３とクラッド１２０の屈折率ｎ２３とが同等のままとされる。
【００６８】
こうして、図３に示すガラスロッド１００を得る。
【００６９】
本実施形態におけるガラスロッド１００の製造方法によれば、紫外線を照射するとコア１１０の方がクラッド１２０よりも屈折率が高くなるガラスロッドに対して、紫外線を照射することで、少なくとも入力端１５１側の領域１０１におけるコア１１０の屈折率ｎ１１をクラッド１２０の屈折率ｎ２１よりも高くして、少なくとも入力端１５１側の領域１０１に光の導波構造を形成する。そして、この紫外線を出力端１５２側よりも入力端１５１側に多く照射することにより、出力端１５２側においてコア１１０の屈折率ｎ１３からクラッド１２０の屈折率ｎ２３を引いた値を、入力端１５１側においてコア１１０の屈折率ｎ１１からクラッド１２０の屈折率ｎ２１を引いた値よりも小さくすることができる。すなわち、出力端１５２側において、コア１１０に光を閉じ込める力を入力端１５１側よりも弱くすることができる。こうして、ガラスロッドの長さ方向でドーパントの濃度を変化させる必要がなく、レーザ光出力素子としてのガラスロッド１００を得ることができる。
【００７０】
特に、本実施形態においては、準備工程において準備するガラスロッドが、コア１１０の屈折率がクラッドの屈折率以下であり、紫外線照射工程において、ガラスロッドの出力端１５２側に紫外線を照射していないため、紫外線照射工程を簡易にすることができ、出力端１５２側において導波構造を有しないレーザ光出力素子を安価に製造することができる。
【００７１】
＜第２の製造方法＞
次に、ガラスロッド１００の第２の製造方法について説明する。
【００７２】
まず、入力端１５１及び出力端１５２と、コア１１０と、コア１１０を被覆するクラッド１２０とを有するガラスロッドを準備する（準備工程）。
【００７３】
このガラスロッドは、紫外線が照射されない状態でコア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなるように調整されている。すなわち、紫外線が照射されない状態で導波構造を有するように調整されている。さらに、クラッド１２０には、紫外線を照射するとコア１１０以上の屈折率となるドーパントが添加されている。このようなコア１１０とクラッド１２０の材料としては、特に制限されないが、例えば表２に示すドーパントが添加される石英が挙げられる。
【表２】
2011048999.tif 000004
【００７４】
表２のＡ欄は、コア１１０の材料として、アルミナ、五酸化二リン、酸化チタンの内の１種類が添加、或いは、２種類以上が共添加される石英が用いられることを示す。また、クラッド１２０の材料のとしては、酸化ゲルマニウムが添加される石英が用いられることを示す。そして、これらのドーパントの量を調整することにより、紫外線が照射されない状態においてコア１１０の屈折率は、クラッドの屈折率よりも高くされる。アルミナ、五酸化二リン、酸化チタン等のドーパントは、紫外線が照射されるとコア１１０の屈折率を上昇させるが、ゲルマニウムが添加されたクラッド１２０に比べて屈折率の上昇が非常に小さい。このため、紫外線が照射されるとクラッド１２０の屈折率はコアの屈折率以上とされることができる。なお、Ａ欄のカッコ内に示されるようにクラッド１２０には、紫外線が照射されない状態において、クラッド１２０の屈折率をコア１１０の屈折率より低くする目的で、屈折率を下げるフッ素、ホウ素等のドーパントが酸化ゲルマニウムと共に添加されても良い。
【００７５】
表２のＢ欄は、コア１１０の材料としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）の一方あるいは両方が添加された石英が用いられ、クラッド１２０の材料として五酸化二リンが添加された石英が用いられることを示す。五酸化二リンが添加される石英は、紫外線が照射されると、アルミナや酸化チタンが添加される石英よりも屈折率が高くなる。そして、紫外線が照射されない状態で、アルミナ、酸化チタンにより、コア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率とが同等となるよう調整される。なお、Ｂ欄のカッコ内に示されるようにクラッド１２０には、紫外線が照射されない状態において、クラッド１２０の屈折率をコア１１０の屈折率より低くする目的で、屈折率を下げるフッ素、ホウ素等のドーパントが五酸化二リンと共に添加されても良い。
【００７６】
次に準備したガラスロッドの長さ方向における出力端１５２側に紫外線を照射する（紫外線照射工程）。
【００７７】
図６は、第２の製造方法における紫外線照射工程の様子を模式的に示す図である。図６に示すように、紫外線ＵＶは、マスク２により照射領域が制限されてガラスロッドの一部に照射される。このマスク２は、ガラスロッドの出力端１５２側から入力端１５１に向って、ガラスロッドに対して相対的に移動する。従って、紫外線ＵＶは、ガラスロッドの出力端１５２側から入力端１５１に移動しながら照射される。
【００７８】
図７は、第２の製造方法に用いるガラスロッドに紫外線を照射する時間と、コア１１０及びクラッド１２０の屈折率上昇を示すプロファイルを示す図である。上述のようにクラッド１２０には、紫外線を照射するとクラッド１２０の屈折率がコア１１０の屈折率以上となるドーパントが添加されており、紫外線を照射する前においては、コア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くされている。そして紫外線を照射するに従い、クラッド１２０とコア１１０の屈折率差が小さくなる。さらに紫外線を照射するとコア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率が同等になり、さらに紫外線を照射するとクラッドの屈折率がコア１１０の屈折率よりも高くなる。なお、図７に示すプロファイルに用いたガラスロッドにおいては、コア１１０は、アルミナが添加された石英が用いられており、クラッド１２０は、ゲルマニウム及びホウ素が共添加された石英が用いられている。
【００７９】
紫外線照射工程においては、まず、領域１０３に紫外線ＵＶが照射される。領域１０３においては、マスク２が一定の速度でガラスロッドに対して相対的に移動して、領域１０３におけるガラスロッドの全ての個所に対して、コア１１０の屈折率ｎ１３とクラッド１２０の屈折率ｎ２３とが同じ屈折率になるまで紫外線が照射される。つまり図７に示す時間ｔ２だけ紫外線が照射される。こうして領域１０３においては、クラッド１２０の屈折率ｎ２３は、図７に示すようにコア１１０の屈折率ｎ１３と同等とされる。
【００８０】
次に領域１０２においては、マスク２は、出力端１５２側ではガラスロッドに対する速度が領域１０３における速度と同じにされ、入力端１５１側に向うにしたがいガラスロッドに対する速度が速くなされる。このようにして図７に示すように、領域１０２においては、出力端１５２側では紫外線ＵＶが領域１０３とほぼ同等の時間照射され、入力端１５１側に向うにしたがい紫外線ＵＶの照射時間が短くされて、入力端１５１側では紫外線ＵＶが殆ど照射されない。こうして領域１０２においては、入力端１５１側よりも出力端１５２側に紫外線が多く照射され、出力端１５２側から入力端１５１側に向って、コア１１０の屈折率ｎ１２がクラッド１２０の屈折率ｎ２２に対して徐々に大きくされる。
【００８１】
また、領域１０１には、紫外線ＵＶが照射されない。従って、領域１０１においては、コア１１０の屈折率ｎ１１がクラッド１２０の屈折率ｎ２１よりも高い状態のままとされる。
【００８２】
こうして、図３に示すガラスロッド１００を得る。
【００８３】
本実施形態におけるガラスロッド１００の製造方法によれば、導波構造を有するガラスロッドを準備して、紫外線によりこのガラスロッドの出力端１５２側の導波構造を弱くする。従って、ガラスロッドの長さ方向でドーパントの濃度を変化させる必要がなく、レーザ光出力素子としてのガラスロッド１００を得ることができる。
【００８４】
特に、本実施形態のレーザ光出力素子の製造方法においては、紫外線照射工程において、ガラスロッドの出力端１５２側におけるクラッド１２０の屈折率ｎ２３が、コア１１０の屈折率ｎ１３以上になるまで紫外線を照射しているため、出力端１５２側において導波構造が形成されておらず自由伝播領域となるレーザ光出力素子を製造することができる。
【００８５】
更に、本実施形態のレーザ光出力素子の製造方法においては、入力端１５１側に紫外線を照射しないことにより、紫外線照射工程を簡易にすることができ、入力端１５１側に導波構造が形成れているレーザ光出力素子を安価に製造することができる。
【００８６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図８は、本発明の第２実施形態に係るレーザ光出射用素子としてのガラスロッド２００を示す図である。
【００８７】
本実施形態のファイバレーザ装置は、図１に示すファイバレーザ装置１におけるガラスロッド１００に代えて、図８に示すレーザ光出射用素子としてのガラスロッド２００が用いられる点で第１の実施形態と異なる。
【００８８】
図８に示すように、ガラスロッド２００は、入力端２５１及び出力端２５２を有する円柱状の形状をしている。ガラスロッド２００は、コア２１０と、コア２１０を被覆するクラッド２２０とから構成され、コア２１０は、ガラスロッド２００の中心軸に沿って形成されている。なお、ガラスロッド２００は、長手方向においては一体とされており接合部を有していない。
【００８９】
また、ガラスロッド２００の入力端２５１から所定の長さＬ４の領域２０１におけるコア２１０の屈折率は、領域２０１におけるクラッド２２０の屈折率よりも高くされ、コア２１０の屈折率及びクラッド２２０の屈折率は一定とされている。この領域２０１の長さＬ４は、仮に増幅用光ファイバ３０の伝播モードのＮＡが０．１２であり、コア２１０の直径が２０μｍである場合、０．２ｍｍ以上あることが、レーザ光の角度補正の観点から好ましい。
【００９０】
また、領域２０１と出力端２５２側に隣り合い出力端２５２まで延びる長さＬ５の領域２０２においては、コア２１０とクラッド２２０との屈折率差がなく、互いに等しい屈折率とされている。この領域２０２の長さＬ５は、下限は増幅用光ファイバ３０を伝播するモードのＮＡと出力端２５２で許容されるパワー密度、上限は増幅用光ファイバ３０を伝播するモードのＮＡとガラスロッド２００の外径によって決定される
【００９１】
このようなガラスロッド２００は、次のようにして製造することができる。
【００９２】
＜第１の製造方法＞
まず、第１実施形態における第１の製造方法と同様のガラスロッドを準備する（準備工程）。従って、紫外線が照射される前においては、コア２１０の屈折率とクラッド２２０も屈折率は、同等とされる。
【００９３】
次に、領域２０１対して紫外線を照射する（紫外線照射工程）。紫外線の照射は、第１実施形態における第１の製造方法の領域１０１における紫外線の照射と同様に行えばよい。この紫外線の照射により、領域２０１において、コア２１０の屈折率は、クラッド２２０の屈折率よりも高くされる。そして、領域２０２には紫外線を照射しない。
【００９４】
こうして、図８に示すガラスロッド２００を得る。
【００９５】
＜第２の製造方法＞
あるいは、ガラスロッド２００は次のようにしても製造することができる。
【００９６】
まず、第１実施形態における第２の製造方法と同様のガラスロッドを準備する（準備工程）。従って、紫外線が照射される前においては、コア２１０の屈折率がクラッド２２０も屈折率よりも高くされる。
【００９７】
次に、領域２０２対して紫外線を照射する（紫外線照射工程）。紫外線の照射は、第１実施形態における第２の製造方法の領域１０３における紫外線の照射と同様に行えばよい。この紫外線の照射により、領域２０２において、クラッド２２０の屈折率は、コア２１０の屈折率と同等にされる。そして、領域２０１には紫外線を照射しない。
【００９８】
こうして、図８に示すガラスロッド２００を得る。
【００９９】
以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１００】
例えば、第１実施形態において、コア１１０とクラッド１２０の屈折率差が一定である領域１０１は必ずしも必要ない。領域１０１がない場合においても、領域１０２の入力端１５１側は、コア１１０の屈折率ｎ１２は、クラッド１２０の屈折率ｎ２２よりも高いため、ガラスロッド１００に入力するレーザ光は、コア１１０を伝播する。
【０１０１】
また、第１実施形態において、領域１０３におけるコア１１０の屈折率ｎ１３とクラッド１２０の屈折率ｎ２３は同等とされたが、必ずしも同等である必要はなく、領域１０３においてクラッド１２０の屈折率ｎ２３がコア１１０の屈折率ｎ１３よりも高い構成とされても、領域１０３においてレーザ光の直径は広がることができる。
【０１０２】
この場合、第１の実施形態における第１の製造方法においては、準備工程において、クラッド１２０の屈折率がコア１１０の屈折率よりも高いガラスロッドを準備する。そして、紫外線照射工程において、入力端１５１側の領域１０１におけるコア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも適切に高くされ、さらに、領域１０２における入力端１５１側におけるコア１１０及びクラッド１２０の屈折率が、領域１０１におけるコア１１０及びクラッド１２０の屈折率と同等とされ、領域１０２における出力端１５２側におけるコア１１０及びクラッド１２０の屈折率が、領域１０３におけるコア１１０及びクラッド１２０の屈折率と同等とされるように、紫外線が照射されれば良い。そして、出力端側の領域１０３には、紫外線を照射しないか、クラッド１２０の屈折率がコア１１０の屈折率よりも高い状態が維持されるような僅かな時間だけ紫外線を照射すれば良い。また、第１の実施形態における第２の製造方法においては、紫外線照射工程において、出力端１５２側の領域１０３に紫外線を照射する際、クラッド１２０の屈折率がコア１１０の屈折率よりも高くなるまで、紫外線を照射すれば良い。
【０１０３】
同様に、第２実施形態において、領域２０２におけるコア２１０の屈折率とクラッド２２０の屈折率は同等とされたが、必ずしも同等である必要はなく、領域２０２においてクラッド２２０の屈折率がコア２１０の屈折率よりも高い構成とされても、領域２０２において導波構造が形成されないため好ましい。この場合においても、領域２０２においてレーザ光の直径は広がることができる。
【０１０４】
この場合、第２の実施形態における第１の製造方法においては、準備工程において、クラッド２２０の屈折率がコア２１０の屈折率よりも高いガラスロッドを準備する。そして、紫外線照射工程において、入力端２５１側の領域２０１におけるコア２１０の屈折率がクラッド２２０の屈折率よりも適切に高くされるように、紫外線が照射されれば良い。そして、出力端側の領域２０２には、紫外線を照射しないか、クラッド２２０の屈折率がコア２１０の屈折率よりも高い状態が維持されるような僅かな時間だけ紫外線を照射すれば良い。また、第２の実施形態における第２の製造方法においては、紫外線照射工程において、出力端２５２側の領域２０２に紫外線を照射する際、クラッド２２０の屈折率がコア２１０の屈折率よりも高くなるまで、紫外線を照射すれば良い。
【０１０５】
さらに、出力側の領域おいて、コア１１０、２１０の屈折率からクラッド１２０、２２０の屈折率を引いた値は、入力端側の領域において、コア１１０、２１０の屈折率からクラッド１２０、２２０の屈折率を引いた値よりも小さくされていれていれば良い。従って、第１実施形態においては、領域１０１におけるコア１１０とクラッド１２０との屈折率差が、領域１０３におけるコア１１０とクラッド１２０との屈折率差よりも大きい限りにおいて、領域１０３において、コア１１０の屈折率が、クラッド１２０の屈折率よりも僅かに高くても良い。同様に、第２実施形態においては、領域２０１におけるコア２１０とクラッド２２０との屈折率差が、領域２０２におけるコア２１０とクラッド２２０との屈折率差よりも大きい限りにおいて、領域２０２において、コア２１０の屈折率が、クラッド２２０の屈折率よりも僅かに高くても良い。このような場合においても、出力端１５２、２５２側においては、コア１１０、２１０に光を閉じ込める力が入力端１５１、２５１側よりも弱い。従って、レーザ光の内、ＮＡが比較的大きな成分は、入力端１５１、２５１側においてコア１１０、２１０を伝播するが、出力端１５２、２５２側においてコア１１０、２１０からクラッド１２０、２２０に伝播して、レーザ光のビーム径を大きくすることができる。
【０１０６】
この場合、第１の実施形態における第１の製造方法においては、紫外線照射工程において、出力端１５２側の領域１０３に紫外線を照射して、コア１１０の屈折率をクラッド１２０の屈折率よりも僅かに高くすれば良い。また、第１の実施形態における第２の製造方法においては、紫外線照射工程において、出力端１５２側の領域１０３に紫外線を照射する際、コア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも僅かに高い状態で、紫外線の照射を止めれば良い。また、第２の実施形態における第１の製造方法においては、紫外線照射工程において、出力端２５２側の領域２０２に紫外線を照射して、コア２１０の屈折率をクラッド２２０の屈折率よりも僅かに高くすれば良い。また、第２の実施形態における第２の製造方法においては、紫外線照射工程において、出力端２５２側の領域２０２に紫外線を照射する際、クラッド２２０の屈折率がコア２１０の屈折率よりも僅かに高い状態で、紫外線の照射を止めれば良い。
【０１０７】
さらに第１、第２実施形態において、増幅用光ファイバ３０の出力端３５に直接ガラスロッド１００、２００が融着されたが、本発明はこれに限らない。例えば、増幅用光ファイバ３０とガラスロッド１００、２００との間に希土類元素が添加されないダブルクラッドファイバやシングルモードファイバ等が設けられ、これらダブルクラッドファイバやシングルモードファイバ等がガラスロッドと融着されても良い。
【０１０８】
また、第１、第２実施形態においては、ガラスロッド１００、２００は特に何にも被覆されていないが、例えば、クラッド１２０、２２０よりも屈折率の高い第２クラッドでガラスロッド１００、２００を被覆しても良い。このようにすることで、出力端１５２、２５２で反射するレーザ光がある場合に、出力端１５２、２５２で反射するレーザ光が側面から第２クラッドに入力するため、乱反射を防止することができる。
【実施例】
【０１０９】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。【０１１０】
（実施例１）
まず、直径が３０μｍでＧｅＯ２が３．５質量％添加された石英をコアとし、外径が４００μｍでＡｌ２Ｏ３が２．５質量％添加された石英とクラッドとし、長さが１．８ｍｍのガラスロッドを準備した。このときのコアとクラッドの屈折率は同等であった。【０１１１】
次にガラスロッドの側面に対して紫外線を照射した。このときの紫外線の強度は２ｍＪ/ｍｍ２として、ガラスロッドの入力端側では紫外線を６０００秒照射して、入力端側から出力端側に向うにしたがい、紫外線の照射時間を短くして、入力端から０．１ｍｍから出力端側の領域には紫外線を照射しなかった。こうして入力端におけるコアの屈折率を１．４５４とし、クラッドの屈折率を１．４５２として、出力端に向うにしたがいコアとクラッドとの屈折率差がなくなるようにして、出力端側ではコアとクラッドとの屈折率差が無いようにした。【０１１２】
また、開口数（ＮＡ）が０．１０でコアの直径が３０μｍ、クラッドの直径が４００μｍの光ファイバを準備した。この光ファイバの出力端面は、光ファイバの軸方向に対して垂直な方向か２度斜めになるように加工した。【０１１３】
次に光ファイバのコアとガラスロッドのコアとが重なるようにして、この光ファイバの出力端面にガラスロッドの入力端を融着した。【０１１４】
（比較例１）
コアが形成されていなく屈折率が一様であること以外は実施例１と同様のガラスロッドと、実施例１と同様の光ファイバを準備した。【０１１５】
次に光ファイバの出力端面おける中心がガラスロッドの入力端の中心に位置するようにして、光ファイバをガラスロッドに融着した。【０１１６】
次に実施例１と比較例１の光ファイバに、波長が１０６４ｎｍのレーザ光を入力して、ガラスロッドの出力端から０．１５ｍ離れた場所からＣＣＤカメラを用いてビーム形状を観測した。【０１１７】
図９は、実施例１のビーム形状の写真である。また、図１０は、比較例１のビーム形状の写真である。図９に示すとおり、実施例１はビーム形状が真円であり所望のビーム形状を得ることができた。一方、比較例のビーム形状は、図１０に示すとおり歪になった。【０１１８】
以上のことから、本発明のレーザ光出射用素子としてのガラスロッドを用いたファイバレーザ装置によれば、所望のビーム形状を得ることができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明によれば、所望の出射形状のレーザ光を出力することができるファイバレーザ装置を実現可能なレーザ光出射用素子、及び、その製造方法、及び、それを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１２０】
１・・・ファイバレーザ装置
２・・・マスク
１０・・・種レーザ光源
２０・・・励起光源
２５・・・マルチモードファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
３５・・・出力端
４０・・・光コンバイナ
１００・・・ガラスロッド
１１０・・・コア
１２０・・・クラッド
１５１・・・入力端
１５２・・・出力端
２００・・・ガラスロッド
２１０・・・コア
２２０・・・クラッド
２５１・・・入力端
２５２・・・出力端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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